實用技巧：如何在降壓轉換器中減少電磁干擾（EMI）
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在開關模式降壓轉換器中，如何緩解電磁干擾（EMI）是一個常見的議題。EMI通常由高頻電流流動所引起。本應用筆記首先討論了由輸入電流引起的EMI問題，並提出相對應的解決方案，以及其他更多如何減少EMI的方法。在文末，也會介紹一種簡單的EMI測量工具的製作實用指南，以及如何有效利用這些工具進行測試的建議。
1 EMI的成因與解決
在開關模式降壓轉換器中，電磁干擾（EMI）主要是由於高頻電流在電路迴路中流動所引起的。
圖1
輸入電流I1的dI/dt非常高，可能在廣泛的頻譜範圍內產生大量的電磁干擾（EMI）。如圖1所示，應盡可能地將面積 A1降至最小。Cin應盡可能地靠近IC的VIN引腳和GND引腳之間放置，詳見圖2。
圖2
2 其他減少降壓轉換器中電磁干擾的方式
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圖3
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如圖3所示，在Cboot與Rboot之間串聯一個電阻。Rboot減少了Q1的開關驅動電流，這增加了開關波形的上升時間，從而減少了開關電流的高次諧波。Rboot的值取決於高側MOSFET的大小。對於大多數應用，通常使用約5 ~ 10Ω。對於較小（Rdson較高）的MOSFET，允許使用較大的Rboot值。請注意，MOSFET開關的緩慢切換將增加開關損耗並降低效率。
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圖4
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如可能，將RC抑制電路盡可能加在靠近開關節點和電源接地之間。
Rs將對由MOSFET電容和開關迴路的寄生電感組成的寄生共振LC電路進行抑制，如圖4所示。Rs的最優值取決於總開關節點電容和寄生電感。Rs通常範圍從2.2Ω到10Ω。
串聯電容器Cs的選擇為電路寄生電容的3 ~ 4倍。通常，470pF ~ 1nF就足夠了。
放置RC 抑制電路後，一定要檢查電路的總功耗：轉換器效率會下降，尤其是在高開關頻率和高輸入電壓下。
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圖5
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如圖5所示，將RL抑制電路與共振電路串聯。這將在共振電路中添加一小部分串聯電阻，足以提供一些阻尼。Ls可以是一個非常小的高頻磁珠，如BLM15AX100SN1或BLM15PG100SN1，並且必須具有足夠的輸入RMS電流額定值。Rs通常範圍從2.2Ω ~ 4.7Ω。
RL 抑制電路必須靠近電源階段輸入節點放置，使輸入迴路保持足夠小。RL抑制電路的一個缺點是，它在開關迴路的高頻區域創建了阻抗Rs。在非常快的開關過渡期間，開關電流脈衝將在Ls//Rs上產生短暫的電壓故障，導致在電源階段輸入節點上產生一個小的電壓故障。添加RL抑制電路後，一定要檢查在最大負載開關時IC VIN節點上的電壓故障。
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圖6
輸入濾波對於減少EMI非常重要。為了減少Cin通過的電壓降，請使用低ESR的MLCC類型並使用不同大小的多個電容器，如2x10µF 1206和一個靠近降壓IC的22n ~ 100nF 0402或0603尺寸類型。為了減少輸入迴路中的噪聲，強烈建議在輸入線中添加額外的L-C濾波。當使用純電感為L2時，可能需要添加電解電容器C3來抑制任何輸入電源的振鈴信號並確保穩定的輸入電源。
3 自己製作簡單的EMI測量工具
我們可以使用一個小環形天線在PCB上進行近場EMI測量。使用一段薄的50Ω同軸電纜可以很容易地自行製作一個小型的電遮罩環形天線：見圖7。
圖7. 高頻電流環
環形天線可以連接到頻譜分析儀。通過在應用PCB上移動環形天線，可以看到哪些區域發出大量的高頻磁場。也可以將環形天線連接到示波器（終端為50Ω），示波器將顯示PCB某些區域的切換噪聲水平。通過將環形天線保持在固定的距離和位置，變更電路/PCB迴路，並且可以檢查輻射噪聲水平是增加還是減少。
轉換器輸入線路中的高頻電流是輻射EMI的一個好指標。可以通過將幾匝線圈穿過一個EMI鐵芯，來製作一個高頻電流探頭：這些將形成一個高頻電流變壓器。其做法與環型天線的做法差不多，但需要將環形線圈3次穿過鐵芯。見圖8
圖8. 高頻電流探頭構造
現在可以將電纜穿過鐵芯來測量電纜中的高頻電流。電流變壓器輸出可以連接到頻譜分析儀或示波器（終端為50Ω）。為了避免共模電流從被測設備流動到測量設備，建議在電纜中添加一個共模電感：這可以通過將引入分析裝置的電纜多次穿過一個扣合式的EMI鐵芯來實現。輸入共模測量如圖9所示。
圖9
想要了解更多資訊，請閱讀完整版的應用筆記 Reducing EMI in buck converters
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